JPH0388763A - 炭素含有耐火れんがの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭素含有耐火れんがの製造方法に関し、特に、
製銑、製鋼炉の内張材として好適な炭素含有アルミナ−
マグネシアれんがの製造方法に関するものである。

Ｃ従来の技術〕 炭素含有の耐火れんがは従来から混銑炉、混銑車、ｗ４
鍋、真空脱ガス装置等の内張りとして広く使用されてい
る。この種のれんがとして主なものはマグネシア−炭素
系、アル果ナー炭素系、スピネル−炭素系であり、これ
らに使用されている酸化物はすべて高耐火度で、しかも
、スラグ、溶鋼に対してぬれ性が悪い炭素との組み合わ
せであることから耐蝕性・耐スポール性に優れたものと
なっている。

しかしながら、従来の炭素含有れんがはそれ自身は耐蝕
性・耐スポール性に優れているにもかかわらず、酸化物
の焼結、あるいは、炭素と酸化物との熱間膨張収縮差に
よって残存膨張率が小さく、そのため使用中にれんが積
みの目地開きを生してれんがの脱落、あるいは目地部ヘ
スラグ・溶鋼が侵入して溶損が進むという欠点があった
。

この発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであ
って残存膨張率を大きくし、目地開きが生じにくい炭素
含有れんがの製造方法を提供するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は上記目的を達成するために以下の手段を採用
している。すなわち、マグネシア２〜１０重量部、アル
ミナ３０〜９３重量部、炭素３〜５ｏｒｉｔ部、アルミ
ニウム及びシリコンを１≦Ａｊ？／Ｓｔ（重量比）≦４
．２重量部≦Ａｊ？＋Ｓｔ≦１０重量部、および熱硬化
性樹脂から成る配合物を混練・底形した後１００〜４０
０℃の温度で加熱処理するようにしている。

〔作用〕

上記方法において組成中のマグネシアとアルミナが使用
中の受熱で１０００℃以上になると次のような反応をお
こす。

マグネシアとアルミナの比重はそれぞれ３．６．４．０
であるが、この反応で生じるスピネルの比重は３．５で
あるため、本発明により得られるれんがはスピネルの生
成によって残存膨張を起こす。

本発明により得られるアルミナ−マグネシア炭素質れん
がはアルミナとマグネシアとの膨張に加え、第１図に見
られるよ・うに１ｏｏｏ℃以上になると上記第（１）式
に示すスピネル生成による膨張が加わるため、冷却後は
顕著な残存膨張性を示し、れんが積みの目地開きに起因
するれんがの脱落あるいは目地部へのスラグ・溶鋼の侵
入を防止し、冶金炉の異状損耗ひいては耐火材に起因す
る不測のトラブルを未然に防止することができる。

他方、マグネシアの添加により残存膨張性は得られるも
のの、第２図に見られるように熱膨張率〈線膨張率）も
大きくなって、耐スポーリング性は低下する。しかしな
がら、第１表に見られるように炭素はアルξす、マグネ
シア、スピネル等と比較すると熱膨張率が小さく、熱伝
導率が著しく大きい特徴をもっており、耐スポーリング
性に優れる。　このような炭素を第３戒分として持つ本
発明の耐火材（れんが）はマグネシア添加による耐スポ
ーリング性の低下は実用上問題にならない。

このように炭素は高耐火度で、かつ、ぬれ性の悪いこと
によってれんがの耐蝕性・耐スポーリング性の向上に寄
与するものであるが、本発明では他にマグネシアとアル
ミナの反応によるスピネル生成の量及び速度を緩和する
役割を果たす。すなわち、マグネシアとアルミナとが直
接全面にわたって接触すると１ｏｏｏ℃以上になった場
合、スピネルが急速に生成してれんがはそれに伴う急激
な体積膨張によって残存膨張率が著しく大きくなる。

しかしながら、炭素が存在する場合はマグネシアとアル
ミナとの間に部分的な遮断壁が形成され、スピネルの生
成を印刷してこの問題を解決する。

アルミニウムとシリコンはれんがの使用中に周辺部に存
在する炭素あるいは雰囲気中のＣＯガス。

Ｎ２ガスと反応してれんが組織の空隙部に／１４Ｃ３，
Ｓ　ｉＣ，ＡＩＮ、Ｓ　ｉｚ　Ｎ４等の炭化物や窒化物
を生威し、強度、耐蝕性、耐酸化性の向上に寄与する。

炭化アルミニウムは常温で空気中の水分と反応して下記
第（２）式により、 水酸化アルミニウムＡ　ｌ　（ＯＨ）　３を生成し、こ
の際の容積膨張によりれんがを崩壊させることがあるた
め、アルミニウムとシリコンとの併用によりＡ　ｌ　ａ
　Ｃｓの生成量を少なくする必要がある。

次に本発明に使用する原料とその配合割合について詳述
する。

マグネシアとしては、例えば、電融マグネシア、海水マ
グネシア、天然マグネシアを使用する。また、アルミナ
としては、例えば、電融アルミナ、焼結アルξす、ボー
キサイト、パン土頁岩が使用できる。

マグネシアの使用量は残存膨張率で決める必要がある。

残存膨張量は冶金炉の大きさ、形状、操業温度により異
なるが、実験室的には試片形状を２０Ｘ２０Ｘ１５０１
ｍ＃とじ、加熱処理条件をコークスプリーズ中、１４０
０℃×２時間×３サイクルとした場合、経験的に０．３
〜１．５重量部程度が適当といわれており、この値は第
１図からマグネシア量が２〜２０重量部の場合に相当す
る。

しかしながら、マグネシア量の増加は先に述べたように
線膨張率の増大、耐久ポーリング性の低下を伴うため、
マグネシア量の上限は１０重量部とする必要がある。尚
、第（１）式の反応は残存膨張性を持続させるためにゆ
っくり進行することが望ましく、従って、使用するマグ
ネシアの粒度は径Ｏ０５〜３．Ｏｍｍと比較的粗くして
おく必要がある。

炭素としては、例えば、天然グラファイト、人造グラフ
ァイト、石油コークス、石炭コークスが使用でき、配合
割合は３〜５０重量部とし、好ましくは５〜４０重量部
である。３重量部以下では炭素自体が持つ高耐蝕性、ぬ
れ性の悪さによるスラグ・溶鋼の浸透防止効果が期待で
きないと共に、マグネシアとアルミナとの遮断が不十分
であることから、前述したスピネル生成の抑制による効
果が得られない。また、５０重量部以上ではマグネシア
とアルミナとの接触がほとんど阻止され、スピネルの生
成が極めて少なくなるため、本発明の目的が達せられな
い。

アルミニウムとシリコンはれんが組織内に均一に分散し
ていることが望ましく、通常０．：’ｎ以下の微粒で用
いられる。アルミニウムの添加は耐蝕性・耐酸化性の向
上に著しく効果があるが、前記炭化アルミニウムの生成
によりれんがの崩壊を来すことがあるため、シリコンと
併用する。その使用率は１≦Ａ　１！　／　Ｓ　ｉ≦４
が適当である。

更に、シリコンは酸化防止剤として有効であるが耐蝕性
（耐スラグ性）の低下を伴うため、その使用量は通常５
重量部以下、より好ましくは０゜５〜３重量部である。

また、金属の添加によりれんがの熱膨張率が大きくなり
、耐スポーリング性が低下するため、その上限はＡｊｉ
！＋Ｓｉの含量で１０重量部であり、他方添加量が少な
すぎると強度、耐食性、耐酸化性等の向上が得られない
ため、Ａｊ７＋Ｓｉの下限は２重量部である。結合剤は
リン酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、石油ピッチ、石炭ピッ
チ、石炭タール、フェノール樹脂、フラン樹脂、キシレ
ン樹脂、エポキシ樹脂等各種のものを用いることができ
るが、本発明はフェノール樹脂、キシレン樹脂、フラン
樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に限定される。

また、本発明はれんがの加熱温度を４００℃以下に限定
する。４００℃以上では硬化した樹脂の重縮合反応によ
り、れんがの強度が低下し、１０００℃以上でれんがの
強度は回復するものの、製造段階で第（１１式のスピネ
ル生成反応が起こり、使用中にスピネルが生成すること
によって奏する本発明の効果が得られない。

なお、本発明により得られるれんがは炭素を含有してい
るため、使用中の炭素の酸化を防止する目的として、ア
ルミニウム、シリコン以外の各種の金属、炭化物、窒化
物、リン化物、硼化物等から選ばれる酸化防止剤を必要
によっては添加してもよい。

〔実施例〕 （１）マグネシアの効果 第２表は本発明の範囲内でマグネシア量を変化させた場
合の実施例１〜３、及び本発明の範囲外でマグネシア量
を変化させた場合の比較例１〜５の配合割合及び物性を
示すものである。

マグネシアを３重量部、６重量部、ＩＯ重量部添加する
本発明品は残存膨張率が０．４３％、０゜７０％、１．
０７％であり、望ましいとされる残存膨張率０．３〜１
，５％の範囲内にあり、また溶損指数は９７〜９５で、
比較例１のマグネシア無添加品よりも耐蝕性に優れる。

（２）炭素の効果 第３表は本発明の範囲内で炭素（黒鉛）量を変化させた
場合（実施例４〜９）と本発明の範囲外で炭素量を変化
させた場合（比較例６．７）の配合割合と物性を示すも
のである。

マグネシア量は８重量部に固定し、黒鉛量を３〜５０重
量部に変化させた場合（本発明品Ｎ［Ｌ４〜９）、残存
膨張率は０．８６〜０．３２％の間にあり、これは適度
の残存膨張率の範囲内にあり、また、耐スポーリング性
の面でも問題ない。これに対し比較具ぬ６は耐スポール
性が乏しく、階７は残存膨張率が小さい。

（３）金属添加及び炭化物添加の効果 第４表は金属シリコン、アルミニウムを本発明の範囲内
で変化させた場合（実施例１０〜１４）と、本発明の範
囲外で変化させた場合（比較例８゜９）の配合割合と物
性を示すものである。

金属の少量添加（実施例１０〉でも熱間曲げ強さの向上
、耐酸化摩耗性、耐蝕性の向上に効果がある。しかしな
がら、（０重量部以上となると熱膨張量が大きくなり（
データなし）、Ａ１／Ｓｔ〉５では加熱処理後の試料が
水和反応を起こしやすくなり、膨張や亀裂が見られるよ
うになる。

（４）乾燥温度 第５表は乾燥温度による物性を示したものである。

５００℃（比較具ＦｋｌＯ）ではレジンの分解が起こり
始めるために重量減少率が大きくなり、強度が低下する
。

また、４００℃以上では揮発分が多くなるため、別途排
ガス処理設備が必要となり、全体として乾燥設備が大型
となり不経済である。

尚、上記第２表〜第５表に挙げる各種物性を測定する方
法を以下に列挙する。

ｉ、物理試験：　　ＪＩＳ　Ｒ２２０５−７４による。

ｉｉ　、圧縮試験ＨＪＩＳ　Ｉ？２２０６−７７による
。

ｉｉｉ　、曲げ試験：　　ＪＩＳ　Ｒ２２１３−７８に
よる。

ｉｖ、残存膨張収縮率の測定： ２５Ｘ２５Ｘ１１４　ｔｓの試片をコークスプリーズと
ともにＳｊＣサガーに詰め、１４００℃×２時間処理し
た際の試片の長さの方向の変化率を測定（３回反復）。

■、耐食性（溶損量の測定）：高周波炉内張法。

処理剤として脱燐剤〔配合割合二酸化鉄５０％１石灰（
Ｃａｂ）３０％、ホタル石（ＣａＦ２）２０％〕とソー
ダ灰ヲ用イ、１４５０℃で１時間毎に交互に投入−排滓
し、計４回反復する。

テスト（処理〉終了後、試片の縦方向断面の溶損面積を
計測する。

肩、酸化摩耗試験： 予め酸素−プロパンバーナで１２００℃に保持した横型
円筒炉に４０１ｍ角の立方体状の試片をＩ　Ｏ〜１５個
投入し、１７ｒｐｍで３０分間回転後取り出した際の試
験前後の試片の重量減少率を求め、供試れんが間で比較
した。

ｖｉ、熱間曲げ試験： ２５　Ｘ　２５　Ｘ　１５０　ｕｒの試片をコークスプ
リーズに埋め、１４００℃で３０分間保持後、スパン長
さ１２０ｍで３点法で測定。

偏、スポーリング試験： １５００℃に保持した溶鋼中へ３０　Ｘ　３０　Ｘ　Ｌ
５０１ｍの試片を３分間浸漬−空冷のサイクルを２回行
った際の試料表面に見られる亀裂で判定。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はマグネシアを添加するこ
とにより、残存膨張率を適正な値にし、炭素を添加する
ことによってマグネシアを添加したことによる耐スポー
リング性の低下を卯え、また、金属（アルミニウム、シ
リコン〉を添加することによって、強度、耐食性、耐酸
化性の向上を図ることが出来る効果がある。従って、冶
金炉の内張材くれんが〉の目地部損耗が低減し、その結
果、内張材の有効利用が可能となり、内張材の耐用性が
大幅に向上する。

また、本発明は定形耐火物（れんが）のみならず不定形
耐火物（キャスタブル、うξング材他）にも応用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における残存膨張率とＭｇＯ添加量との
関係を示すグラフ、第２図は本発明における線膨張率と
ＭｇＯ添加量との関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕　マグネシア２〜１０重量部、アルミナ３０〜９
   ３重量部、炭素３〜５０重量部、アルミニウム及びシリ
   コンを１≦Ａｌ／Ｓｉ（重量比）≦４、２重量部≦Ａｌ
   ＋Ｓｉ≦１０重量部及び熱硬化性樹脂から成る配合物を
   混練・成形した後、４００℃以下で加熱処理することを
   特徴とする炭素含有耐火れんがの製造方法。